电涡流行程传感器与转速测量.docVIP

PAGE PAGE 1 中国石油大学 传感器 实验报告 成 绩： 班级： 姓名： 同组者： 教师： 电涡流行程传感器及转速测量 【实验目的】 1. 了解电涡流传感器的原理及被测体材料对涡流传感器的影响。 2. 学会用示波器观察激振状态下的调制波形。 3. 学会用频率计、转速表测量转速。 【实验原理】 1. 电涡流传感器工作原理 如果将一个绕在骨架上的空心线圈与正弦交流电源接通,流过线圈的电流会在线圈周围空间产生交变磁场。当将导电的金属接近该线圈时，金属导体中会感应出一圈圈自相闭合的电流，这种电流称为“电涡流”，如图2-1（a）所示。涡流的大小和金属导体的电阻率，磁导率、厚度、线圈与金属导体的距离X，以及线圈励磁电流的交变频率等参数有关。如果固定其中某些参数，就可根据涡流的大小来测量出另外一些参数。 图2-1 电涡流传感器作用原理及等效电路 为了简化问题，我们把金属导体理解为一个短路线圈，图2-1（b）所示为电涡流传感器与被测体的等效电路。其中、为空心线圈的电阻和电感;、为短路线圈的电阻和电感;而则为两线圈的互感。根据等效电路可写出两个电压平衡方程式： （2-1） 将该方程联立求解可得： （2-2） （2-3） 由（2-2）式可得空心线圈的总阻抗为： （2-4） 根据（2-4）式可进一步求出空心线圈的等效电阻、等效电感和等效品质因数，即： （2-5） （2-6） （2-7） 由此可见，当线圈接近导体时，电器参数、、、等均为互感的函数,即为涡流线圈与金属导体间距离的函数。所以凡是引起涡流变化的电量和非电量，如金属的电阻率、磁导率、几何形状、线圈与导体间的距离等，均可通过测量涡流线圈的、、、来确定，这便是电涡流传感器的工作原理。 2. 电涡流传感器测量电路 如上所述，电涡流传感器可以把涡流线圈和被测金属导体间的距离变化，转换为线圈等效电阻、等效电感、等效阻抗和等效品质因数的变化。测量电路的任务就是将这些变化量转化为电压或电流的变化，并加以显示。 实验采用的测量电路框图如图2-2所示，其中涡流线圈和测量电路中的电容组成谐振电路，谐振频率为： 将振荡器的振荡频率取为（时谐振电路的谐振频率），在谐振状态下涡流线圈的端电压为： （2-8） 图2-2 涡流传感器测量电路框图 式（2-8）中，为谐振电路的品质因数，为振荡器输出信号的幅度。当装置的初始零位调整好后，涡流线圈与被测导体间距离为，相应的线圈初电感为，谐振电路的初谐振频率为，涡流线圈的端电压则为： 其中为与有关的系数,一般取为左右。 图2-3 变频调幅测量电路原理 当变化后,、、都要变化，例如变为或,谐振频率变为或（对一般金属,减小时增加），则变换器的端电压为、，且有： 此时端电压的增量正比于，见图2-3，通常为取得较大的线性范围，将置于线性段的中点。电涡流传感器的测量电路有多种类型，本实验采用的测量电路属于变频调幅式电路。 【实验装置】 传感器实验仪、双踪示波器、光电转速表、频率计、微型调速电机、电涡流传感器、直流稳压电源等。 【实验内容】 1. 电涡流传感器的静态标定 （1）装好传感器和测微头,使传感器对准铁片中心, 测微头对准平台中心孔。 （2）按图2-4接线。用导线将传感器接入涡流变换器的输入端，将输出端接电压表，将电压表置档（根据需要及时改变电压表档位）。 图2-4 涡流传感器静态标定电路 （3）适当调节传感器高度，使其与被测铁片接触，电压表从零开始读数，调测微头，每隔用示波器观察涡流变换器输入端的信号幅度变化，同时在表2-1中记录直流数字电压表的读数。 （4）根据实验数据，在坐标纸上画出曲线，指出大致线性范围，求出线性区测量灵敏度：。 2. 研究被测体材料对电涡流传感器特性的影响 （1）取下平台上的铁测片，换上铝测片，安装好涡流传感器，调整好位置，装好测微头。 （2）接线同图2-4，从传感器与被测铝片接触开始，旋动测微头改变传感器与被测体的距离，每隔用示波器观察涡流变换器输入端的信号幅度变化，同时在表2-2中记录直流数字电压表的读数。 （4）根据实验数据，在坐标纸上画出曲线，指出大致线性范围，求出线性区测量灵敏度：，并与铁测片相应的测